L型构件R区的超声相控阵检测方法

 针对常规超声检测难以胜任L型构件R区检测的问题,开展L型构件的超声相控阵检测方法研究。利用超声相控阵声束灵活可控的优势,制定了线阵换能器检测L型构件R区的检测方案;基于Fermat原理,提出了相控阵检测多层介质的延迟时间计算方法;通过有限差分法数值仿真和检测试验,验证了相控阵检测方案和延迟时间计算方法的正确性;最后,对复合材料L型试样R区进行检测试验,检测结果与实际试样信息基本一致。研究结果表明,所提出的采用线阵换能器检测L型构件R区的检测方法是可行有效的。     

搅拌摩擦焊焊缝阵列超声全聚焦成像检测技术

针对航天薄壁铝合金搅拌焊焊缝的高精度、高分辨率检测应用需求,开展了阵列超声全聚焦成像检测技术研究。基于斜楔块耦合下横波多次反射全聚焦优化算法搭建了阵列超声检测系统,利用该系统对厚度为6 mm搅拌摩擦焊焊缝不同位置处的Φ0.35 mm横孔进行了相控阵超声扇形扫描成像和阵列超声全聚焦成像检测对比试验。试验结果表明,两种方法均能够有效检测出焊缝中心或热力影响区的横孔,但阵列超声全聚焦成像检测技术在信噪比和纵向分辨力方面更具优势,该技术的发展为航天领域复杂构件高精度、高分率、高可靠性检测难题的解决提供了新的思路和途径。     

空气耦合超声探头声场及其对检测的影响

搭建空气耦合超声探头声场的指向性测量系统,考察4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性。对预制分层缺陷的复合材料试样进行检测,分析了声场对检测结果的影响。结果表明,低频率、平探头的声场能量高,指向性较差,而高频率、聚焦探头声场能量低,指向性好,检测横向分辨率高。在保证穿透能力的前提下,应尽量选择后者。根据探头声场分布情况,合理调整检测距离,使被检材料位于探头的焦区内,也能够提高检测灵敏度。     

超声换能器脉冲波声场数值计算与测试

 对超声无损检测中影响缺陷检出率和缺陷评价准确性的换能器脉冲波声场分布特性进行了研究。提出了一种计算超声换能器脉冲波声场声压分布的新方法,计算了不同带宽的换能器脉冲波声场声压分布。研制了测量换能器脉冲波声场的实验系统,实验结果与通过理论计算得到的声场声压分布有较好的一致性。研究结果为仿真换能器脉冲声场提供了一种新方法,同时为提高超声检测的缺陷检出率和缺陷评价的准确性提供了理论依据。     

铝合金盘件起声相控阵检测工艺研究

探讨了采用Focus32超声相控阵水浸系统检测大厚度LD7铝合金盘件的主要工艺,包括10A16E32环阵列探头聚焦理论的系统分析,应用中聚焦法则的设置原则和采样间距的确定方法等,结果显示超声相控阵技术有利于提高铝合金盘件的检测精度和检测效率.     

铝合金盘件超声相控阵检测工艺研究

探讨了采用Focus32超声相控阵水浸系统检测大厚度LD7铝合金盘件的主要工艺,包括10A16E32环阵列探头聚焦理论的系统分析,应用中聚焦法则的设置原则和采样间距的确定方法等,结果显示超声相控阵技术有利于提高铝合金盘件的检测精度和检测效率。     

航空制件超声检测中的声场特性分析

 针对航空制件超声检测中影响缺陷定量准确性的声场问题进行了深入讨论, 研究了脉冲波声场的计算方法, 设计了相应的计算软件并绘制出实用换能器声轴线上的声压分布曲线, 分析了不同材料和厚度的采样回波对频谱的影响, 比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。研究结果为提高超声检测中缺陷定量的准确性和科学性提供了依据。     

基于约束最小冗余线阵与干扰对消的测向方法

针对有源干扰背景下信号源和干扰源的个数超过线阵的自由度而产生线阵饱和现象,提出一种将约束最小冗余线阵与干扰对消技术相结合的测向方法。通过将无源状态和有源状态下线阵输出数据的协方差矩阵进行对消运算去除有源干扰和噪声分量,并对约束最小冗余线阵的波达方向(DOA)估计算法进行改进,构造了新的协方差Toeplitz矩阵,有效抑制了由阵列非均匀性导致的伪峰,提高了阵列的DOA估计性能。仿真结果表明:该算法在低信噪比背景下具有抗有源干扰能力,扩展了阵列孔径,并具有较高的测向精度和鲁棒性。     

一种基于最小流形长度的高精度线阵设计

 传统上以阵列孔径来比较各种线阵的测向性能,但这一指标没有考虑到阵元数目及阵列几何布局对阵列性能的影响。因子空间类算法需搜索阵列流形来进行测向,所以阵列流形对阵列性能有重要影响。阵列流形又是阵元数、阵列几何布局的函数,可通过阵列流形来研究阵元数、阵列几何布局与阵列测向性能的关系。在分析了线阵流形与线阵测向精度的关系的基础上,提出了一个基于线阵最小流形长度的指标来比较不同线阵的性能,该指标综合考虑了阵元数、阵列几何布局对阵列测向精度的影响。通过对此指标的讨论,给出了提高线阵测向精度的设计思路。对几个不同线阵的仿真证实了该指标的有效性,也验证了该设计思路的可行性。     

航空不锈钢薄板电磁超声SH导波检测定量分析方法

水平剪切（SH）波电磁超声换能器（EMAT）具有非接触、无需耦合剂、对表面油污涂层不敏感、单点激励大范围检测等优点,在航空不锈钢薄板快速导波检测中具有重要的技术优势。首先建立了含缺陷的不锈钢薄板SH导波传播有限元模型,分析了不同设计参数EMAT对应缺陷的距离-波幅曲线（DAC）,并对DAC进行实验验证。然后建立了不锈钢薄板中SH导波声场分析有限元模型,研究了周期性永磁体电磁超声换能器（PPM EMAT）中永磁体宽度、长度和对数对SH导波辐射声场特性的影响,得到了EMAT的轴线声压分布,并在此基础上获取了EMAT的最优设计参数组合。结果表明增大永磁体长度和对数都能提高EMAT轴线辐射声场强度,使EMAT在远距离检测具有较好的声压分布均匀性。当永磁体对数、长度、宽度分别为6对、25mm、7mm时,对应的EMAT具有较高的轴线辐射声场强度和较平稳的DAC,更适合对航空不锈钢薄板进行远距离快速导波检测。     

TFM imaging of aeroengine casing ring forgings with curved surfaces using acoustic field threshold segmentation and vector coherence factor

The aeroengine casing ring forgings have complex cross-section shapes, when the conventional ultrasonic or phased array is applied to detect such curved surfaces, the inspection images always have low resolution and even artifacts due to the distortion of the wave beam. In this article, taking a type of aeroengine casing ring forging as an example, the Total Focusing Method (TFM) algorithms for curved surfaces are investigated. First, the Acoustic Field Threshold Segmentation (AFTS) algorithm is proposed to reduce background noise and data calculation. Furthermore, the Vector Coherence Factor (VCF) is adopted to improve the lateral resolution of the TFM imaging. Finally, a series of 0.8 mm diameter Side-Drilled Holes (SDHs) are machined below convex and concave surfaces of the specimen. The quantitative comparison of the detection images using the conventional TFM, AFTS-TFM, VCF-TFM, and AFTS-VCF-TFM is implemented in terms of data volume, imaging Signal-to-Noise Ratio (SNR), and defect echo width. The results show that compared with conventional TFM, the data volume of AFTS-VCF-TFM algorithm for convex and concave is decreased by 32.39% and 73.40%, respectively. Moreover, the average SNR of the AFTS-VCF-TFM is gained up to 40.0 dB, while the average 6 dB-drop echo width of defects is reduced to 0.74 mm.     

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。     

基于 SAM 的不锈钢点焊接头无损检测

运用超声波扫描显微镜(SAM)对1 mm厚SUS304不锈钢薄板点焊接头进行无损检测,分析不同焊接工艺条件下的C扫描图像,并对C扫描图像各特征区域的A扫描信号进行采集、分析,研究两者间的对应关系,通过超声波C扫描成像法对焊核直径进行测量。结果表明:超声波扫描显微镜可以检测不锈钢点焊接头缺陷,并通过C扫描图像区分缺陷类型;在电极压力为0.15 MPa、焊接电流大于8 k A时,C扫描图像可以清楚的反映飞溅、过烧等缺陷;C扫描图像各特征区域表现出不同的A扫描信号特征;基于超声波C扫描测量的焊核直径为4.39~5.25 mm。     

复合材料紧固孔分层激光超声量化表征试验

提出解决飞机复合材料结构紧固孔分层检测问题的途径。基于激光超声技术,进行复合材料紧固孔分层的量化表征试验。制备碳纤维增强复合材料紧固孔试样,根据复合材料中激光超声的激发参量选取原则,利用材料受脉冲激光辐照作用产生的热弹效应激发超声波,提取表征紧固孔区域分层缺陷的超声信号;分析影响缺陷表征准确度的关键因素,发现脉冲激光光斑尺寸（直径1~5 mm）变化对紧固孔分层的表征不产生显著影响;基于穿透法和脉冲反射法进行激光超声C扫描检测,得到紧固孔区域分层缺陷的形状、尺寸和位置特征。研究结果表明,利用激光超声技术的非接触式激发、接收和高分辨力特点,可以准确测得紧固孔区域分层缺陷导致的波反射和衰减,有效表征飞机复合材料结构的紧固孔分层缺陷。     

钛合金胶接点焊接头的性能检测

研究了不同焊接电流下钛合金板胶接点焊接头的A扫描信号和C扫描图像特征,并进行了拉伸-剪切试验。结果表明:通过观察C扫描图像的特征与A扫描信号的变化,能够划分胶接点焊接头的胶层区、热影响区、熔合区、熔核区以及焊接缺陷;随着电流(7~10 k A)的逐渐增大,接头熔核直径呈递增趋势,相应的失效载荷从7 231.5增加到10 939.0 N;当电流为7 k A时,在C扫描图像上反映出飞溅缺陷,此时接头失效载荷远小于没有出现飞溅的接头,可见飞溅降低了胶接点焊接头的拉剪载荷。     

超声波喷水穿透法在先进复合材料检测中的应用

介绍了超声波喷水穿透法的检测原理及自行研制的四轴自动超声波喷水穿透C扫描检测系统.利用该检测系统对包括平板试样件,大厚度模压件,以及筒形结构件等先进复合材料进行超声波喷水穿透法检测,结果表明该方法对先进复合材料中存在的孔隙、裂纹、脱粘和分层等缺陷能有效检出.     

超声喷丸与传统喷丸对TC4 钛合金残余应力影响的仿真分析

为了预测喷丸TC4钛合金试件的残余压应力层深度及值的分布和冲击面凹坑的直径、深度特征曲线及表面形貌的变化,采用ABAQUS/Explicit软件建立2个3D模型。通过超声喷丸与传统喷丸2种工艺过程数值仿真对比了表面残余应力场差异,分析了TC4钛合金弹丸直径、速度和冲击次数等喷丸参数对残余应力分布的影响。结果表明:当动能相同时,2种强化过程表面所产生的残余压应力是可比较的,超声喷丸模型亚表层残余应力深度为0.16 mm,约为传统喷丸模型深度的2倍;传统喷丸产生的残余压应力最大值约-800 MPa,约为超声喷丸的1.6倍。与传统喷丸相比,超声喷丸具有较低的表面粗糙度以及较深的残余压应力层。残余压应力层深度与弹丸直径呈正相关,但过大的弹丸尺寸会引起薄壁件另一侧残余拉应力区域的增大。     

涡流C扫描在钛合金SPF/DB结构检测中的实验研究

为了探索SPF/DB结构检测中有效的检测方法,应用涡流C扫描对钛合金SPF/DB结构进行了检测实验,将涡流C扫描结果和SPF/DB结构检测中常用的超声C扫描结果进行了对比分析。结果表明,涡流C扫描能够检测出SPF/DB结构的界面宏观缺欠以及一定尺度以上的界面微观缺欠,在SPF/DB结构检测中是可行的。有必要对该检测方法的有效性和检测结果的可靠性进行深入研究。